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海洋金属结构腐蚀的规律特点

2019-3-15 10:29:50点击:

对于海洋环境下钢结构腐蚀,无论是海洋环境下长钢尺挂片试验,还是在实际生产实践应用中,都具有很强的规律性。

海洋腐蚀区域

图(1)金属和钢桩在海洋环境中的腐蚀状况及分区示意

图(2)钢桩在海洋环境中的腐蚀状况示意图

图(3)在海洋环境中金属腐蚀分区示意图
海上钢铁结构的腐蚀在海洋大气环境下与内陆大气环境下有着腐蚀因素和腐蚀速率的不同。对于暴露在海洋大气环境中的金属部分,因海洋大气环境中相对湿度大、盐分高,腐蚀介质长期积累后附着在钢铁表面形成导电良好的液态水膜电介质,同时由于钢结构成分中有少量碳原子的存在,极易形成无数个原电池,这是电化学腐蚀的有利条件,从而使金属物体产生腐蚀而生锈,导致其材料的结构和性能出现变化而破坏。经相关研究和试验证明,海洋大气环境比内陆大气环境对钢铁的腐蚀程度高4~5倍。
海洋飞溅区的腐蚀,除了海盐含量、相对湿度、温度等海洋大气环境中的腐蚀影响因素外,还要受到海浪飞溅的影响,在飞溅区的下部还要受到海水短时间的浸泡。飞溅区的海盐粒子含量要大大高于海洋大气区,由于海水浸润时间长,干湿交替频繁,碳钢在飞溅区的腐蚀速率要远大于其他区域。在飞溅区,碳钢会出现一个腐蚀峰值,在不同地区的海域,其腐蚀峰值也就在平均高潮位的距离有所不同。腐蚀最严重的部位是在平均高潮位以上的飞溅区,在这一区域,由于含氧量比其他区域高,氧元素的去极化作用促进了碳钢的腐蚀,与此同时,飞溅的浪花冲击也有力地破坏了碳钢表面的保护膜或覆盖层,所以钢表面的保护层在这一区域剥落更快,造成局部腐蚀十分严重,从而促使腐蚀速率加大。

从平均高潮位到平均低潮位的区域称为潮差区,在潮差区的钢铁表面经常会与含有饱和氧气的海水接触,由于海洋潮差变化的原因而使钢铁腐蚀加剧,在有浮游物体和冬季流冰的海域,潮差区的钢铁还会受到撞击。


图(4)区域不同腐蚀也不同,海洋防腐不简单

全浸区的钢结构全浸于海水中,如风塔管架平台的中下部位,长期浸泡在海水中,钢铁的腐蚀会受到溶解氧、海水流速、盐度、污染物和海生物等因素的影响,由于钢铁在海水中的腐蚀反应受到氧的氧化还原反应所控制,所以溶解氧对钢铁的腐蚀起到主导作用。在位于平均低潮位以下附近的海水全浸区,其风塔钢桩在海水起伏这一潮间带出现腐蚀最低值,其值甚至小于在海水全浸区和海底土壤的腐蚀率。这是因为风塔钢桩在这一潮差带的海洋环境中,随着潮位的涨落,水线上方湿润的钢表面供氧总要比浸在海水中的水线下方钢表面充分得多,而且相互彼此构成一个回路,由此构成一个氧浓差腐蚀电池,在这一腐蚀电池中,富氧区为阴极,相对缺氧区为阳极,总的来说在这个潮差带中的每一点分别得到了不同程度的保护,而在平均潮位以下则经常作为阳极而出现一个明显的腐蚀峰值。
海泥区位于全浸区以下,主要由海底沉积物构成。海底沉积物的物理性质、化学性质和生物特性随着海域和海水深度的不同而不同。海泥区实际上是饱和的海水土壤,它是一种比较复杂的腐蚀环境,既有土壤的腐蚀特点,又有海水的腐蚀特性。海泥区含盐度高、电阻率低,但是供氧不足,所以一般的钝性金属的钝化膜是不稳定的。海泥区含有硫酸盐还原菌,会在缺氧的环境下生长繁殖,会对埋入海泥区的钢铁造成比较严重的腐蚀。
海生物的污损,如苔藓虫、石灰虫、藤壶和海藻等,对碳钢的腐蚀影响较大。虽然碳钢表面的污损海生物能阻碍氧分子向腐蚀表面扩散,能对碳钢的腐蚀有一定的保护作用,但是由于污损层的不渗透性和外污损层中嗜氧菌的呼吸作用,使碳钢表面形成缺氧环境,有利于硫酸盐还原菌的生长,从而促使碳钢产生腐蚀。
根据实验室的防腐涂层测试、海上挂片试验,以及海上平台成熟的防腐涂层方案,提出海上风电钢结构防腐涂层设计基本原则:底漆对基层材料的附着力和防锈能力要强,并具有阴极保护功能;中间漆对底漆和面漆的层间附着力必须牢固,并有较好的屏蔽作用,以便有效地阻止氧、水汽及其腐蚀介质的渗入;面漆必须具有很好的耐候性,耐老化性和耐腐蚀性能,并具有一定的耐沾污性,从而降低维护频率